最適化・線形計画法の問題
実数 を変数とする次の線形計画問題を考える。
この問題の最適解(制約をすべて満たし、目的関数 の値を最大にする点 )はただ 1 つで、それが であることを証明せよ。
この問題で使うもの
この問題を解けるようになるまで(50 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
- 三角形の角の大きさ
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 小数の四則計算
- 分数のたし算・ひき算
- 分数のかけ算・わり算
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 正負の数の加法・減法
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 1 次方程式の解き方
- 二等辺三角形の角
- 平行四辺形と特別な四角形の性質
- 三角形・四角形の面積
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 三平方の定理
- 乗法公式による展開
- 折り返した図形の角と長さ
- 三平方の定理と平面図形
- 最大公約数と最小公倍数
- 比の性質と簡単な比
- 相似な三角形と長さの比
- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
- 平行線と線分の比
- 2点間の距離と内分点・外分点
- 比例・反比例の式とグラフ
- 関数 の式と変域
- 因数分解
- 平方完成と 2 次関数のグラフ
- 円の方程式
- 連立方程式の解き方(加減法・代入法)
- 1 次関数の式の求め方
- 直線の方程式
- 不等式の表す領域
- 点と直線の距離
- 2 次不等式
- 円と直線の位置関係と弦の長さ
- 2直線の平行・垂直
- 円の接線
- 領域における最大・最小
- ベクトルの演算と成分
- 行列の和・積と 2 次の逆行列
- 線形計画問題の定式化と標準形
- 双対問題と双対定理
- 相補性条件
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
(3,1) が制約を満たすこと、どの実行可能解でも目的関数が (3,1) での値以下であること、等号が (3,1) でしか成り立たないことの 3 つを示す。
ヒント 2
目的関数 を、制約の左辺 と の 0 以上の係数の和として書き表すと、上界が得られる。
ヒント 3
と書けるので、制約から が成り立つ。等号が成り立つ条件を考える。
採点の観点と模範解答
自分で証明を書いてから、採点の観点で見比べてください。
採点の観点を見る
がすべての制約(非負条件を含む)を満たすことを代入して確かめている(2 点)
目的関数を のように制約の左辺の 0 以上の係数の組合せで表している(2 点)
その表し方と制約から、任意の実行可能解で を導き、 が最適解であると結論している(3 点)
最適解では等号が成り立つことから と がともに必要であることを、余裕(スラック)が 0 以上であることを使って示し、最適解が に限ると結論している(3 点)
どこでつまずきましたか?(選ぶと、戻る場所を案内します)
模範解答を読む
が実行可能であること を代入すると
なので、すべての制約を満たす。このとき目的関数の値は である。
任意の実行可能解で目的関数の値が 以下であること を制約をすべて満たす任意の点とする。目的関数を制約の左辺の組合せで
と書き直す。制約 の両辺に正の数 を掛けると 、また制約 がある。辺々を加えて
よって、どの実行可能解でも目的関数の値は 以下である。 で値 をとるので、 は最適解であり、最適値は である。
最適解がただ 1 つであること を任意の最適解とすると、上で示したことから である。、 とおくと、制約より であり、
が成り立つ。左辺は なので 。 はともに 以上だから、 でなければならない(どちらかが正なら左辺が正になる)。すなわち かつ であり、これより となる。
以上より、この線形計画問題の最適解はただ 1 つで、 である。